功能性添加劑木寡糖的制備研究

Animal Science AbroadDec. 2000 Vol.27 No. 6功能性添加劑木寡糖的制備研究石波'， 李里特2(1.中國農業(yè)科學(xué)院飼料研究所,北京100081; 2.中國農業(yè)大學(xué),北京100094)摘要:提供1種以玉米芯為原料,采用高溫蒸煮溶出玉米芯木聚糖,再利用內切型木聚糖酶酶解制備木寡糖的方法。所得終產(chǎn)物為以木二糖為主的木寡糖,總糖得率達到17%(按含36%木聚糖玉米芯計),可作為功能性飼料添加劑使用。關(guān)鍵詞:功能性飼料添加劑;木寡糖;玉米芯;制備中圖分類(lèi)號:S816. 79.文獻標識碼:A文獻編號:1002-6746(2000)-06-0014-04隨著(zhù)畜牧養殖業(yè)的迅猛發(fā)展,使得集約化養1實(shí)驗材料殖的程度越來(lái)越高。在提高動(dòng)物出欄率的同時(shí),也1.1 實(shí)驗原料 玉米芯粉 60目,北京昌平中帶來(lái)了一些負影響，即一旦爆發(fā)疾病,很難控制。國農科院南口基地。為了防止疾病的傳播,絕大多數養殖者采用在飼β-木聚糖酶中國科學(xué)院微生物所提供。料中大量添加抗生素的方式。長(cháng)期使用抗生素,一1.2化學(xué)試劑KI.NazS2O3 ●5H2O、濃H2SO、、方面使動(dòng)物對其產(chǎn)生抗藥性,另一方面也造成了抗四水酒石酸鉀鈉、NaOH、NazHPO.、生素的濫用,給人類(lèi)帶來(lái)--定的危害。目前，國內外CuSO,●5H2O、無(wú)水硫酸鈉、KIO3、可溶性淀粉、許多研究者都在致力于開(kāi)發(fā)和研制新型、安全、高效NaCl、正丁醇.吡啶、二苯胺、丙酮、苯胺、磷酸均的功能性添加劑來(lái)替代和部分替代抗生素。為市售分析純。功能性低聚糖是近幾年開(kāi)發(fā)研制出的新型、K2Cr2O,基準物:含量99. 95% ~100.05%。安全添加劑。木寡糖是功能性低聚糖家族中的重1.3實(shí)驗儀器和設備 蒸煮罐:150 ml,不銹鋼，要成員。除具有一般功能性低聚糖的功效,如①增自制;pH計:Mettler Toledo 320; 酶解反應器:殖腸道內雙歧桿菌活性和菌數;②防止下痢和腹250 ml,玻璃,北京玻璃儀器廠(chǎng);紫外可見(jiàn)光分光瀉;③提高肌體免疫能力;④促生長(cháng)等外,在酸性光度計,HP,美國;烘箱:上海實(shí)驗儀器總廠(chǎng)。條件下(pH2.5)也不分解,幾乎100%到達腸道，2實(shí)驗方法與其它功能性低聚糖相比,木寡糖對雙歧桿菌的2.1高溫蒸煮準確稱(chēng)取3g(精確到0.01g)60增殖能力更強(陳瑞娟,1993)。另外,木寡糖具有目玉米芯粉，加入到有效容積為150ml高壓釜極好的耐熱性,可耐180C左右的高溫,完全適合中,按一定固液比加入自來(lái)水,加蓋密封后在設定飼料加工的要求。我國是一個(gè)農業(yè)大國,每年都有大量的下腳溫度下進(jìn)行蒸煮。蒸煮結束后,在流動(dòng)水浴中冷卻料玉米芯生成.除很少一部分得以利用外,絕大部到室溫后取出,抽濾,測定濾液成份。分都被白白燃燒掉了。這不僅使得有效資源沒(méi)有2.2 木聚糖酶酶解反應 在酶解反應器中加入得到充分的利用,而且還對環(huán)境造成了-定的污一定量的木聚糖酶和高溫蒸煮液,用5N HCL溶染.因此進(jìn)行利用玉米芯制備木寡糖的研究,意義液和5N NaOH溶液控制反應pH值在4.6~4.8,50C下攪拌反應,定時(shí)取樣,待反應到一定時(shí)間重大。本試驗以玉米芯為原料,通過(guò)高溫蒸煮的方后,終止反應。中國煤化工接還原糖按Somo-法,對玉米芯中木聚糖的溶出規律進(jìn)行了研究,并采用內切型木聚糖酶對所溶出的木聚糖進(jìn)行酶gyYHCNMHG總還原糖按改進(jìn)的Somogyi法測定;木聚糖酶酶活測定參照陳紅歌解,制備木寡糖。等(1999年)的方法;木寡糖成分測定采用TLC收稿日期:200009-26法(朱靜等,1999):展開(kāi)劑:正丁醇:吡啶:蒸餾國外畜牧科技第27 卷第6期2000 年12月●15●水=6: 4: 3顯色劑;2%二苯胺丙酮溶液: 2%糖水解時(shí)主鏈斷裂的程度,即木聚糖的聚合度,因苯胺丙酮溶液: 85%磷酸=5: 5 ; 1,80C顯色此可以說(shuō)明蒸煮過(guò)程中玉米芯木聚糖降解下來(lái)的10 min。糖主要是聚合度較低的木聚糖?？傔€原糖TRS值3結果與分析隨著(zhù)蒸煮時(shí)間的增加而增加,當蒸煮溫度為3.1蒸煮時(shí)間對 玉米芯木聚糖及其相關(guān)成分的170C時(shí),玉米芯木聚糖的溶出率為47. 199%(以影響圖 1-(A、B.C)所示為浸泡時(shí)間0hr、固液玉米芯含木聚糖計)。當蒸煮時(shí)間由30 min增到比1 : 10、蒸煮溫度分別是150C、160C和170C120min時(shí)木質(zhì)素OD值亦呈上升趨勢。OD值表，時(shí),蒸煮時(shí)間對玉米芯木聚糖及木質(zhì)素溶解特性示的是木質(zhì)素分解量的大小，是衡量玉米芯水解的影響。由圖1-(A. B、C)可以看出,隨著(zhù)蒸煮時(shí)過(guò)程副反應程度的指標。OD值的增加表明木質(zhì)間的增加,玉米芯木聚糖的溶出率呈上升趨勢,但素的溶解性和降解量增大。增加蒸煮時(shí)間,糖液的木質(zhì)素OD值(UVλ280nm處的吸光值)上升的幅pH值呈下降趨勢,表明在蒸煮過(guò)程中玉米芯木度不大,其值在1~5之間。DP值表示的是木聚聚糖和木質(zhì)素產(chǎn)生一些酸性物質(zhì),使得木聚糖降解成可溶性低聚合度的木聚糖,同時(shí)復合細胞間層的木質(zhì)素部分降解。圖1-(A、B.C)結果表明，5在一定蒸煮溫度下,增加蒸煮時(shí)間可提高玉米芯10木聚糖的溶出率。_- ◆半纖維索洛3.2 蒸煮溫度對玉米芯木聚糖及其相關(guān)成分的蕭出事%影響為避免蒸煮溫度過(guò)高造成玉米芯木聚糖發(fā)30min 60min 90min 120min燕點(diǎn)時(shí)間生劇烈分解,本實(shí)驗選擇了三個(gè)蒸煮溫度150C、160C和170C ,在浸泡時(shí)間0h、固液比1 : 10、蒸圖1-A蒸煮時(shí)間對玉米相關(guān)成分的影響煮時(shí)間120min條件下考察了蒸煮溫度對玉米芯(蒸煮溫度過(guò)150C ,浸泡時(shí)間0h)木聚糖和木質(zhì)素溶出規律的影響,結果如圖2所. 必5示。莘4+DRS5 30-←pHA__-*- DP40一DRS mg/Sml一TRS mg/5ml .*- Lignin 0D一-- DP- +半纖維索溶- 黃Lignin OD出率%+半纖維求溶出宰%蒸煮時(shí)間145 150 155 160 165 170 17蒸煮溫度(度)圖1-B蒸煮時(shí)間對玉米相關(guān)成分的影響(蒸煮溫度過(guò)160C ,浸泡時(shí)間0h)圖2蒸煮溫度對玉米芯木聚糖及其相關(guān)成分的影響(浸泡時(shí)間0h, 蒸煮時(shí)間120min)50 |由圖2可知,當蒸煮溫度由150C上升為170C時(shí)，玉米芯木聚糖的溶出率由16. 823%增30 t心TRS加到47.199%,OD值由0.201變?yōu)?.658,說(shuō)明20. Lignin OD增加蒸煮溫度有利于玉米芯木聚糖的溶出,但同. 半纖維索洛時(shí)也中國煤化工加了副反應的發(fā)生程度YH;CN MH GJ,pH值由4.14降為3. 86。3.3浸泡時(shí)間對玉米芯木聚糖及其相關(guān)成分的圖1-C蒸煮時(shí)間對玉米相關(guān) 成分的影響(蒸煮溫度過(guò)170C ,漫泡時(shí)間0h)影響在蒸煮溫度170C、蒸煮時(shí)間120min和●16●Animal Sciencee Abroad Dec. 2000 Vol. 27 No. 6固液比1 : 10的條件下,選擇不同的浸泡時(shí)間,考存在一個(gè)最佳的固液比,其原因推測可能與玉米察各浸泡時(shí)間對玉米芯木聚糖及木質(zhì)素溶出效果芯半纖維素水解動(dòng)力學(xué)有關(guān)。的影響關(guān)系。圖3為浸泡時(shí)間與玉米芯相關(guān)成分變化指標關(guān)系圖。605o0|+pH40-B- DRS mg/sml030一- TRS m5/Sml0-- 0 DRS ng/5ml-*DP0t- TRS mg/5ml區2(30 -0”-*-Lignin OD10一出4%”-中纖維術(shù)溶出率%1:101:201:30因液I比(w/w)0hr4hr 6hr12hr侵旭時(shí)間圖4固液比對玉米芯木聚糖 及其相關(guān)成分的影響(蒸煮溫度160C ,浸泡時(shí)間0h,蒸煮時(shí)間120min)圖3浸泡時(shí)間對玉米芯木聚糖及相關(guān)成分的影響(蒸煮溫度170C ,蒸煮時(shí)間120min)3.5 蒸煮液pH值與顏色之間的關(guān)系影響 在從圖3可見(jiàn),當浸泡時(shí)間由0h增為12h時(shí)，實(shí)驗過(guò)程中可以觀(guān)察到玉米芯蒸煮液與其pH值玉米芯木聚糖的溶出率從47.199%增為之間存在著(zhù)一定的關(guān)系。圖5所示為蒸煮液與pH61.758%,但當浸泡時(shí)間為6h時(shí),木取糖的溶出值關(guān)系。率已達到61. 492%。Nicholls(1970)研 究結果表圓5min0 10min .明,起始物料含水量的不同會(huì )影響到達蒸煮最高■20min溫度的速度。由圖3可以看出6h以后,隨著(zhù)浸泡口30min時(shí)間的增加,木聚糖的溶出率變化很小,表明玉米芯木聚糖水解速率增加較小，原料玉米芯的吸水量基本保持平衡,隨著(zhù)浸泡時(shí)間的增加,原料含水量對木聚糖水解速率影響不大。另外OD值由0.160度170度658遞增為1.194表明隨著(zhù)浸泡時(shí)間的增加,木圖5浸泡時(shí)間 0h,固液比1: 10質(zhì)素的溶出量亦有所增大。圖3結果表明170C←X;條件下,當浸泡時(shí)間達12h時(shí),玉米芯木聚糖和←x木質(zhì)素兩者的溶出量皆為最高,說(shuō)明原料起始含水量對其溶解性影響較大。其原因可能是原料起始含水量與熱量傳遞性關(guān)系很大(陳洪章,1999)，還可能與木質(zhì)素軟化和半纖維素水解動(dòng)力學(xué)有關(guān)圖6木聚糖酶酶解蒸煮液所得產(chǎn) 品TLC結果(Delong等,1981)。從圖5可知,pH值越低,蒸煮所得糖液的顏3.4固液比對玉米芯木聚糖及其相關(guān)成分的影色越深,這說(shuō)明物料玉米芯中的發(fā)色團與pH值向圖4是蒸煮溫度160C、浸泡時(shí)間0 h、蒸煮有關(guān)。發(fā)色團的產(chǎn)生主要由木質(zhì)素引起(陳洪章，時(shí)間120min條件下不同固液比與玉米芯相關(guān)成1999)。圖5結果進(jìn)-一步證明了玉米芯高溫蒸煮過(guò)分的關(guān)系。程中國煤化工且木質(zhì)素也發(fā)生-由圖4可得當固液比為1 : 20時(shí)玉米芯木聚定THCNMHG糖溶出率最高,為56. 805% ,而當固液比為1 : 303.6”木聚糖酶酶解產(chǎn)物分析圖6為木聚糖酶時(shí)玉米芯木聚糖溶出率降為49. 236%。因此玉米酶解蒸煮液(蒸煮溫度170C ,浸泡時(shí)間0 h,蒸煮芯高溫蒸煮時(shí)并不是加水量越多效果越好,而是時(shí)間120 min,固液比1 : 10)所得產(chǎn)物的TLC測國外畜牧科技第27 卷第6期2000 年12月●17●定結果。本實(shí)驗提供了所需的木聚糖酶液。在此一并表示感謝!由圖6可看出本實(shí)驗最終可得到以木二糖為參考文獻主的木寡糖產(chǎn)品。產(chǎn)品總糖得率達到17%(按含1陳紅歌,等. 微生物學(xué)報1999, 39(4);89~93.36%木聚糖玉米芯計)。2陳洪章. 纖維素科學(xué)與技術(shù),1999,7(2):60~67.4結論以玉米芯為原料采用高溫蒸煮和內切型木聚3陳瑞娟. 食品與發(fā)酵工業(yè)1993,(2);82~90.4日下部功. 農化,1969,43(3):145~153.糖酶聯(lián)合的方法制得了以木二糖為主的木寡糖產(chǎn)5朱靜,等.生物工程學(xué)報,199,15(1);75~78.品,總糖得率為17%(按含36%木聚糖玉米芯6 Delong E A,et al. Can Pat. 1981.計)。7 M Somogyi,J Biolchem,1945,61.160.致謝:本研究是在導師李里特教授的悉心指導下完Nicolls G A. Wood Sci Technol,1970,7(2) :60~67.成的。中科院微生物所的嚴自正研究員和梁改芹老師為Study on the Preparation of Functional Additive XylooligosacchridesShi Boet al .(Feed Research Institute of Chinese Academy of Agriculture Sciences ,Beijing 100081)Abstract: This paper discusses a method for preparing functional additive -xylooligosacchrides from corncob. Themethod includes two main procedures. First is the extraction of the dissolvable corncob xylan. Second is the xylanase re-action with the xylan. Xylobiose is the main products in the xylooligosacchrides and can be used as a functional feed addi-ive.Key words : Functional feed additive; Xylooligosacchrides ; Corncob; Preparation北京菲迪飼料科技有限公司，蒜迪飼料本公司是注冊于北京市海淀區高新技術(shù)產(chǎn)高為適應本公司業(yè)務(wù)迅速發(fā)展的需要,特業(yè)開(kāi)發(fā)區的高科技飼料企業(yè)。產(chǎn)品為本公司薪在全國范圍內長(cháng)期高薪誠聘;科技專(zhuān)家與中國農業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養學(xué)教授經(jīng)誠!●區域經(jīng)理業(yè)務(wù)代表;多年研究，精心設計出的適合于中國養殖特聘●飼料廠(chǎng)管理/技術(shù)人員;點(diǎn)的畜禽、水產(chǎn)系列預混料及濃縮料?！窦夹g(shù)服務(wù)代表。要求: 1.畜牧、獸醫、動(dòng)物營(yíng)養、飼料加工、水產(chǎn)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)、大專(zhuān)以上學(xué)歷;2.兩年以上專(zhuān)業(yè)工作經(jīng)驗或多年從事畜牧、水產(chǎn)工作背景;3.貴任感強、吃苦耐勞.能長(cháng)期出差。有意者請將簡(jiǎn)歷.畢業(yè)證、身份證復印件及近照寄到公司人事部。提暌颼想密悶愿顯 英雄本色中國煤化工地址:北京市海淀區上地信息產(chǎn)業(yè)基地信息路19號商YHCNMHG電話(huà):(010)82890018 82890510 82890511傳真:(010)82890510郵編: 100085聯(lián)系人:閻小姐爭做民族飼料工業(yè)先鋒